第五章 視訊媒體.

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1 第五章 視訊媒體

2 章節大綱 第五章 視訊媒體 5-1 視訊原理簡介 5-2 視訊數位化 5-3 串流媒體 備註：可依進度點選小節

3 第五章 視訊媒體 視訊，就是由會動的影像與聲音兩要素所構成，通常是由一連 串些微差異的實際影像組成，當快速放映時，利用視覺暫留原 理，影像會產生移動的感覺，這正是視訊播放的基本原理。 例如從電影、電視或是錄影機中所播放出來的內容，皆屬於視 訊的一種。視訊資料來源在傳統上是透過攝影機將鏡頭捕捉的 畫面儲存到膠卷或是磁帶中，並經過適當的裝置將內容播放出 來。傳統的視訊編修是透專業人士在特殊暗房中的剪輯技術所 產生的特殊的效果，只有專業人員才能處理，功能亦有限。

4 圖5-2 在網頁上可以挑選自己喜歡的數位電視節目

5 而在科技不斷進步下，數位化視訊的風潮已經襲捲全球，視訊 資料在數位化之後，不但所能產生的效果更加豐富與更清晰的 畫質，而且只要使用適合的編修剪輯軟體，一般人就能輕鬆學 習到視訊資料的處理與製作，當然也為新一代的視訊產品帶來 了龐大的市場商機。例如數位電視與傳統的類比電視相比，在 畫面清晰度、頻道數、抗雜訊度、聲音品質等都有更優秀的表 現。 在本章中，我們將說明視訊媒體的原理與發展，並介紹視訊簡 輯軟體的相關應用。

6 5-1 視訊原理簡介 我們知道當電影從業人員使用攝影機在拍攝電影時，便是將畫 面記錄在連續的方格膠卷底片，等到日後播放時再快速播放這 些靜態底片，達成讓觀眾感覺上有畫面動作的效果。通常每秒 所顯示的畫格數越多，動態的感覺越流暢自然，這些所拍攝的 畫面即為類比式視訊。 視訊資料在無線或有線傳輸的環境下可轉換成無線電波來傳送 ，例如目前全球常見的三大電視播放傳輸系統規格如下表所示 ，不同的電視播放系統規格所做出來的影帶是無法在另外兩種 規格上播放：

7 規格名稱 掃描線數 畫面更換頻率(畫格) 採用地區 NTSC 525 30 fps 美國、台灣、日本、韓國 所採用的視訊規格。 PAL 625 25 fps 為 歐洲國家、中國 、香港 等地所採用的視訊規格。 SECAM 為法國、東歐、蘇聯及非洲國家採用的電視制式。方面所採用之電視制式 。   表5-1 目前全球常見的播放傳輸系統規格

8 例如NTSC標準是國際電視標準委員會(National Television Standard Committee)，所制定的電視標準，北美、日本和台灣 地區的電視都是用此標準。其中基本規格是525條水平掃描線、 FPS(每秒圖框、畫格)為30個。由於電視映射管的電子束是以水 平方向進行掃描，所以稱為「水平掃瞄線」，視訊畫面中的水 平掃瞄線愈多，所顯現的影像畫質就愈清晰細緻。

9 5-1-1 視訊型態簡介 視訊型態可以分為兩種：一種是類比視訊，例如電視、錄放影 機、V8、Hi8攝影機所產生的視訊；另一種則為數位視訊，例如 電腦內部由0與1所組成的數位視訊訊號(signal)，分述如下： 類比視訊 類比視訊的訊號傳輸是利用有線或無線的方式來進行傳送。所 謂類比訊號是一種連續且不間斷的波形，藉由波的振幅和頻率 來代表傳遞資料的內容。不過這種訊號的傳輸會受傳輸介質、 傳輸距離或外力而產生失真的現象。 我們也可以透過影像擷取卡，將這些類比影像傳送到電腦內部 來加以編修，不過在類比影像轉換成數位元影像的過程中，可 能會產生失真，而這正是類比視訊的一項缺點。

10 數位視訊 數位視訊是以視訊訊號的0與1來記錄資料，這種視訊格式比較 不會因為外界的環境狀態而產生失真現象，不過其傳輸範圍與 介面會有其限制。由於數位視訊會產生大量的資料，這會造成 傳輸與儲存的不便，因此發展出AVI、MOV、MPEG視訊壓縮格式 。 數位視訊資料可以透過特定傳輸介面傳送到電腦之中，由於資 料本身儲存時便以數位元的方式，因此在傳送到電腦的過程中 不會產生失真的現象，透過視訊剪輯軟體(例如Windows Movie Maker)，使用者可以來進行編輯工作。

11 5-2 視訊數位化 30*60*640*480*3(全彩影像需要24bits/3bytes)*60 ＝＞ 約為 92.7 GB
視訊資料是由一個個連續畫面或頁框(Frame)所構成，在連續播 放的情形下，由於視覺暫留原理，而可視為連續的視訊。其中 類比視訊是直接利用一張張類比影像來產生，具有固定的畫面 更新頻率。 至於數位視訊則是由一張張的數位元影像 (以圖元為單位元) 所構成，當數位視訊在不壓縮的情況，為了達到連續動態的要 求，若以640x480 (pixels/frame)，60分鐘的一段全彩數位視 訊而言，在NTSC規格下就要： 30*60*640*480*3(全彩影像需要24bits/3bytes)*60 ＝＞ 約為 92.7 GB

12 以上這段60分鐘的視訊資料竟然必須要接近120 GB的硬碟才可 以裝下，可見所需要的儲存空間是相當驚人。因此數位視訊資 料的儲存必需要加以壓縮處理，不然在硬體速度有限的狀況下 ，對於日後的處理與應用上會造成相當的不便。

13 5-2-1 視訊壓縮 視訊壓縮的原理是因為視訊資料量也像音訊資料，允許壓縮過 後的視訊在還原時可以有容許某種程度的「失真」現象。 簡單來說，我們知道視訊是由一連串靜止畫面所組成，每個畫 面雖然就是一張圖像，但其和一般圖像資料的不同點是相鄰近 的畫面間可能會有極高的相關性，也就是連續兩個畫面的內容 往往相差無幾，因此在儲存上，只需要記錄其中的某些關鍵畫 格即可。所謂關鍵畫格，就是將後續畫格和關鍵畫格進行比較 ，而保存真正發生變化的畫格。 或者也可以將畫面中眼睛所較不易察覺的訊號去除，雖然對於 資料的完整性有些損失，但對於人類的眼睛敏感度而言，並沒 有太大影響，這些特性都是用來設計壓縮技術的基本原則。 視訊壓縮與一般圖像壓縮的最大不同之處，在於必須要求更高 的壓縮比例，因此針對視訊必需有更進一步的壓縮技術才行。

14 5-2-2 視訊檔案格式簡介 Mpeg 相信各位對於視訊壓縮有了基本認識後，我們要繼續來介紹常 用的視訊播放規格，分述如下：
MPEG是一個協會組織 (Motion Pictures Expert Group)的縮寫 ，專門定義動態畫面壓縮規格，是一種圖像壓縮和視訊播放的 國際標準，並運用較精緻的壓縮技術，可運用於電影、視訊、 及音樂等。 所以MPEG檔的最大好處在於其檔案較其他檔案格式的檔案小許 多，mpeg的動態影像壓縮標準分成幾種，MPEG-1用於VCD及一些 視訊下載的網路應用上，可將原來的NTSC規格的類比訊號壓縮 到原來的1/100大小，在燒成VCD光碟後，畫質僅相當於VHS錄影 帶水準，可在VCD播放機上觀看。

15 而MPEG-2相容於 MPEG-1，除了做為DVD的指定標準外，於1993 年推出的更先進壓縮規格，較原先MPEG-1解析度高出一倍。還 可用於為廣播、視訊廣播，，而DVD提供的解析度達720 x 480 ，所展現的影片品質較MPEG-1支援的錄影帶與VCD高出許多。 至於MPEG-4規格畫壓縮比較高，MPEG-4的壓縮率是MPEG-2的1.4 倍，影像品質接近DVD，同樣是影片檔案，以MP4錄製的檔案容 量會小很多，所以除了網路傳輸外，目前隨身影音播放器或手 機，都是以支援此種格式為主。例如以MPEG 4儲存2小時的影片 ，則約需要650 MB的硬碟空間，這可以放入一片CD片內。

16 Avi Audio Video Interleave，即音頻視訊交叉存取格式，是由微 軟所發展出來的影片格式，也是目前Windows平臺上最廣泛運用 的格式。它可分為未壓縮與壓縮兩種，一般來講，網路上的avi 檔都是經過壓縮，若是未壓縮的avi檔則檔案容量會很大。 DivX 由 Microsoft mpeg-4v3 修改而來，使用 MPEG-4 壓縮演算法 ，最大的特點就是高壓縮比和清晰的畫質，更可貴的是DivX 的 對電腦系統要求也不高。

17 5-2-3 數位視訊剪輯 數位視訊剪輯的意義在於使用者從一般視訊設備擷取影像或影 片到電腦中．再利用影像編輯軟體進行編輯，並將剪輯後的影 片儲存於電腦內部，或製作成DVD、VCD、錄影帶。 至於一個完整的視訊系統除了電腦硬外配備外，還必須包括視 訊來源與編輯軟體。底下我們將系統組成以表格表示如下： 配備 內容 電腦系統 多媒體電腦(含音效卡)、含視訊擷取功能及轉錄功能的影像擷取卡 視訊來源 電視機、錄放影機、攝影機 編輯軟體 含視訊及音訊的擷取、編輯、字幕製作及轉場特效等功能，例如Windows Movie Maker 表5-2 數位視訊剪輯系統

18 視訊來源設備 輸入／擷取視訊至電腦上成為數位視訊檔案 使用剪輯軟體編輯、加上特效、製作字幕 輸出至影帶或製作VCD或DVD
有了系統組成的基本認識之後，接著我們來看看數位視訊的剪 輯流程。我們可以將剪輯流程分為下列幾個階段： 視訊來源設備 輸入／擷取視訊至電腦上成為數位視訊檔案 使用剪輯軟體編輯、加上特效、製作字幕 輸出至影帶或製作VCD或DVD 從上面的步驟中我們知道，數位視訊剪輯除了在輸入與輸出時 是由硬體來控制之外，其他如剪輯、字幕製作、特效等編輯工 作，都必須藉助影像剪輯軟體來完成。

19 5-2-4 影像擷取卡 要製作視訊檔案，首先要將視訊資料從視訊 來源裝置(例如：錄影帶、攝錄影機、VCD、 DV、View Cam)擷取進來，不過有些視訊裝 置可能要搭配相關的介面(例如：擷取卡)才 可以操作。 通常我們在電腦上所使用的顯示卡只可以將 視訊資料從電腦中輸出到顯示器來顯示，而 無法將攝影機所拍攝的視訊輸入到電腦之中 。如果要將所拍攝的影片傳送到電腦之中， 就必須使用視訊擷取卡才行，不過一些高階 的顯示卡本身己包含的視訊擷取的功能，也 就是同時支援視訊的輸入及輸出。影像擷取 卡的品質與價格等級差距相當大，完全視影 像擷取卡對動態視訊影像的處理能力而定。 ＜圖5-2 VCD視訊擷取卡＞ ＜圖5-3高階視訊擷取卡＞

20 類比式擷取卡 數位式擷取卡 視訊擷取卡區分為以下兩種：
類比式擷取卡是用於擷取傳統錄放影機、電視機、V8及Hi8的影 片訊號，可使用S端子、AV端子及同軸電軸作為傳輸線。 數位式擷取卡  數位式擷取卡則是用於擷取DV數位攝影機的影片訊號，使用 IEEE 1394做為傳輸介面。 但是也有些較高階的擷取卡，本身已經具有即時視訊轉換與壓 縮能力，而不需要浪費電腦資源來進行轉換工作，通常此類型 的視訊擷取效果也會較好。

21 5-3 串流媒體 所謂串流媒體(Streaming Media) 是近年來熱門的一種網路多 媒體傳播方式，它是將影音檔案經過壓縮處理後，再利用網路 上封包技術，將資料流不斷地傳送到網路伺服器，而用戶端程 式則會將這些封包一一接收與重組，即時呈現在用戶端的電腦 上，讓使用者可依照頻寬大小來選擇不同影音品質的播放。

22 5-3-1 串流媒體的優缺點 使用者不需等到整個影片傳送完，就可以觀賞，除了影片一開 始播放的時候會有資料緩衝(Buffering)的延遲之外，幾乎不需 要花費太多時間等待。這些影音封包在送達使用者的電腦之後 ，會依檔案格式由適當的播放軟體播放，例如Windows Media Player、Real Player或QuickTime Player。 從技術上來看，就是利用一塊緩衝區記憶體，在未完全收到所 有影音資料前即可開始播放，在播放前可預先下載一段資料作 為緩衝，藉以減少等待的時間。這些訊號就是這樣不停的串起 來由伺服器傳送到用戶端，產生一個持續不斷的訊號流。 優點是即時播放，節省下載時間，而且不需先下載影音檔案， 所以不會佔據硬碟空間。缺點是爲了方便網路傳輸，通常經過 壓縮處理，因此影音品質較差。另外如果要觀看影音時，必須 要連上網路才能瀏覽。

23 由於串流媒體傳播方式不同於傳統媒體，因此傳統影音媒體的 檔案格式不一定可以直接在網路上以串流方式傳播。爲了讓影 音檔案更小、畫質更佳，又能流暢播放，各家視訊公司紛紛推 出各自的影音串流格式，請看以下介紹。 ＜圖5-4聲光十足的線上電影 ＞

24 5-3-2 RA 這由RealNetwork 公司所發展的 Real Audio 格式，副檔名為 .ra，特點是可以在較低的頻寬下提供優質的音質讓使用者透過 線上聆聽。各位可以從網路上下載一個多媒體音訊檔案，然後 使用Real player來播放。目前網路有 RealPlayer及 RealPlayer G2兩種版本可下載，前者為免費軟體，後者則是試 用版，可至 下載： 圖5-5 RealPlayer網站

25 5-3-3 WMA WMA(Windows Media Audio) 為眾多Windows使用者熟悉，特色 是檔案小，畫質佳，因此很適合網路上播放。它的核心技術是 ASF(Advanced Streaming Format，高級流格式)。可以使用微 軟在Windows作業系統中整合的Windows Media Player（媒體播 放器）來播放。由於WMA支援串流技術，可讓音訊檔的讀取與播 放同時進行，讓使用者能悠閑的享用線上廣播功能。 圖5-6 線上廣播

26 5-3-4 Mov QuickTime是由蘋果電腦所 開發的影音格式，以超高 畫質與完美音效著稱，所 以很多精彩的電影預告片 ，幾乎都以QuickTime格式 為首選。常見的過去為Mac 平臺所使用的影片格式， 不過現今的PC平臺也有 QuickTime軟體的播放程式 。 圖5-7 精彩的電影預告